空胴共振器の極小化による第三次高調波ジャイロトロンの研究

情報通信や物質科学研究等における電磁波の需要拡大に伴い，テラヘルツ帯の利用が注目されている．本研究の全体構想は，テラヘルツ帯で高出力かつ定常発振が可能な波源（高周波ジャイロトロン）を開発し，応用研究に資することである．ジャイロトロンは，磁場中の電子の回転運動を電磁波へエネルギー変換する装置であり，原理的には電子の回転周波数の整数（N）倍の周波数で発振させることが可能である．ただし，N の増加に伴い，その難易度は極端に上がる．これまで，N = 1 または 2 でのジャイロトロン発振については数多くの研究報告があるが， N が 3 以上の安定発振については報告例がない．本研究では，N = 3 （第三次高調波）でのジャイロトロン発振を狙う．特に，安定発振の妨げとなるモード競合現象を抑制すべく，電磁波発生部（空胴共振器）の形状に工夫を施す（円筒半径の極小化を試みる）．本年度は，当該共振器を搭載可能なジャイロトロンの筐体を新たに設計，製作した．製作時，部品間の接合に際して歪や気密漏れが発生し易く，工作に想定を大きく超える時間を要したが，仕様を満たす物が完成した．今後，空胴共振器の製作に移行する予定である．他方，将来の実用化を念頭に，ジャイロトロンの汎用性を向上させる制御技法の開発にも着手した．現在，N = 2 までの発振が可能な既存ジャイロトロンを用い，応用研究に携わる学内外の共同研究者の要望に応える形で開発を進めている．本年度は，ジャイロトロンの動作（出力，発振パルス長，パルスの繰返し周波数）を自動調節して電磁波の被照射試料の温度を一定に維持するフィードバック（PID）制御器を実現した．以上の結果について，国内外の学会にて報告した．

情報通信や物質科学研究等における電磁波の需要拡大に伴い，テラヘルツ帯の利用が注目されている．本研究の全体構想は，テラヘルツ帯で高出力かつ定常発振が可能な波源（高周波ジャイロトロン）を開発し，応用研究に資することである．ジャイロトロンは，磁場中の電子の回転運動を電磁波へエネルギー変換する装置であり，原理的には電子の回転周波数の整数（N）倍の周波数で発振させることが可能である．ただし，N の増加に伴い，その難易度は極端に上がる．これまで，N = 1 または 2 でのジャイロトロン発振については数多くの研究報告があるが， N が 3 以上の安定発振については報告例がない．本研究では，N = 3 （第三次高調波）でのジャイロトロン発振を狙う．特に，安定発振の妨げとなるモード競合現象を抑制すべく，電磁波発生部（空胴共振器）の形状に工夫を施す（円筒半径の極小化を試みる）．本年度は，当該共振器を搭載可能なジャイロトロンの筐体を新たに設計，製作した．製作時，部品間の接合に際して歪や気密漏れが発生し易く，工作に想定を大きく超える時間を要したが，仕様を満たす物が完成した．今後，空胴共振器の製作に移行する予定である．他方，将来の実用化を念頭に，ジャイロトロンの汎用性を向上させる制御技法の開発にも着手した．現在，N = 2 までの発振が可能な既存ジャイロトロンを用い，応用研究に携わる学内外の共同研究者の要望に応える形で開発を進めている．本年度は，ジャイロトロンの動作（出力，発振パルス長，パルスの繰返し周波数）を自動調節して電磁波の被照射試料の温度を一定に維持するフィードバック（PID）制御器を実現した．以上の結果について，国内外の学会にて報告した．